《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于變頻器的鍋爐鼓、引風(fēng)機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)
摘要: 介紹了基于ABB變頻器鍋爐鼓引風(fēng)機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)。討論了控制系統(tǒng)的節(jié)能原理及控制工藝,給出了系統(tǒng)的控制方式,進(jìn)行了節(jié)能分析,實(shí)際使用證明,該控制系統(tǒng)控制效果良好,節(jié)能效果十分明顯。
Abstract:
Key words :

1 引言
    近幾年隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,變頻調(diào)速技術(shù)得到了普遍的推廣應(yīng)用。同時,變頻技術(shù)也已從U/F比控制、電壓空間矢量控制,發(fā)展到無速度傳感器的直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC),功率開關(guān)器件從GTO、GTR,發(fā)展到IGBT、IGCT,變頻器的優(yōu)點(diǎn)在各個領(lǐng)域應(yīng)用中被充分地證實(shí)。在工業(yè)民用鍋爐的節(jié)能控制中也逐步引入了變頻調(diào)速技術(shù),利用該技術(shù)對鍋輔機(jī)中的鼓、引風(fēng)機(jī)進(jìn)無級調(diào)速控制,得到了顯著的節(jié)能效果。
2 控制工藝
    通常,在選擇鍋爐配套風(fēng)機(jī)時,要考慮短期的超負(fù)荷能力,并加以適當(dāng)裕量來確定機(jī)型。而在選定鍋爐時,又要根據(jù)工藝最大負(fù)荷和適當(dāng)裕量來確定鍋爐容量。鑒于上述兩個環(huán)節(jié)的選定又受到產(chǎn)品規(guī)格分檔的限制,因此最后的風(fēng)機(jī)容量往往偏大,加之對鍋爐鼓、引風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié),是靠調(diào)節(jié)閘板完成的,所以當(dāng)風(fēng)量變化時,就風(fēng)機(jī)系統(tǒng)而言,會浪費(fèi)大量的電能。要想改變這種情況,最好是采用變頻調(diào)速技術(shù)。鍋爐鼓、引風(fēng)機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)工藝圖如圖1所示。


圖1 爐鼓引風(fēng)機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)工藝圖


(1)測量蒸汽出口溫度,將其測量值傳送給變頻器,與蒸汽溫度設(shè)定值構(gòu)成一個差值PID控制系統(tǒng),來調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)改變送風(fēng)量,進(jìn)而改變爐膛溫度,也就是調(diào)整蒸汽溫度。
(2)測量爐膛負(fù)壓,將其測量值傳送給變頻器,與其爐膛負(fù)壓設(shè)定值構(gòu)成一個差值PID控制系統(tǒng),來調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)改變引風(fēng)量,使?fàn)t膛維持在微負(fù)壓狀態(tài)其控制工藝簡單、實(shí)用、節(jié)能。
3 控制方式
(1)引風(fēng)機(jī)
    原引風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式是降壓啟動、工頻運(yùn)行,其風(fēng)量大小采用調(diào)節(jié)風(fēng)門的方法來調(diào)節(jié)風(fēng)量。這種控制方式的缺點(diǎn)是電能浪費(fèi)大,調(diào)節(jié)實(shí)時性差,噪聲大,工人的勞動強(qiáng)度大。故對其進(jìn)行變頻改造,引風(fēng)機(jī)閉環(huán)控制原理框圖如圖2所示,采用微差變送器、變頻器、控制器、引風(fēng)機(jī)組成的壓力閉環(huán)回路自動控制引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,使?fàn)t膛保持一穩(wěn)定的微負(fù)壓,這樣既提高了控制精度,又節(jié)約了能源,使引風(fēng)機(jī)控制具有一定的合理性。


(2)鼓風(fēng)機(jī)
    鼓風(fēng)機(jī)原運(yùn)行方式是降壓啟動、工頻運(yùn)行,其風(fēng)量大小也是靠調(diào)節(jié)風(fēng)門的方法來調(diào)節(jié)風(fēng)量。這種控制方式的缺點(diǎn)是電能浪費(fèi)大、燃料浪費(fèi)大,調(diào)節(jié)實(shí)時性差,噪音大,工人的勞動強(qiáng)度大。鼓風(fēng)機(jī)變頻改造閉環(huán)控制原理框圖如圖3所示,采用溫度變送器、變頻器、控制器、鼓風(fēng)機(jī)組成的溫度閉環(huán)回路自動控制鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,使鍋爐蒸汽出口的溫度保持一穩(wěn)定值,同樣也既提高了控制精度,又節(jié)約了能源(電能和燃料),使鼓風(fēng)機(jī)控制具有一定的合理性。


圖3 鼓風(fēng)機(jī)閉環(huán)控制原理框圖

4 節(jié)能分析
    現(xiàn)以哈爾濱建成集團(tuán)公司的20噸蒸汽鍋爐為例,對其鼓、引風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速控制改造。

    鼓風(fēng)機(jī)45kW,引風(fēng)機(jī)90kW。變頻器投資分別為4.2萬元與8.07萬元。共投資12.27萬元。若按調(diào)速后其轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的70%來計(jì)算:

則風(fēng)機(jī)的理論節(jié)電率=1-(70%)3=65.7%
每年按300個工作日計(jì)算,每天運(yùn)行16h,按0.6元/kW·h:
鼓風(fēng)機(jī)節(jié)約電=45×300×16×65.7%-45×300×16×1.5%=138672(kW·h)
引風(fēng)機(jī)節(jié)約電=90×300×16×65.7%-90×300×16×1.5%=277344(kW·h)
式中的1.5%是考慮了變頻器的效率。
其節(jié)約的電費(fèi)、電量如附表所示。
附表 變頻改造后節(jié)約的電費(fèi)、電量


    一次性投資回收期大約為0.48年,效益特別顯著。以上計(jì)算中還未計(jì)及風(fēng)門電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)節(jié)省的投資,變頻后使鼓引風(fēng)機(jī)軟啟動,軟停止,工作電流降低使引風(fēng)機(jī),電動機(jī)壽命延長等帶來的經(jīng)濟(jì)效益,如考慮以上因素,則綜合效益更加顯著,投資回收期更短。
5 結(jié)束語
    本文討論了基于ABB變頻器鍋爐鼓引風(fēng)機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)的節(jié)能原理與控制方式,通過對鍋爐鼓引風(fēng)機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)的投運(yùn),鍋爐系統(tǒng)過去的黑煙現(xiàn)象得到了徹底改善,鍋爐鼓引風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行得到合理控制,充分發(fā)揮了變頻器的無極變速和節(jié)能的優(yōu)點(diǎn),使整個系統(tǒng)的節(jié)能效果十分明顯,同時,達(dá)到環(huán)保的要求。因此該系統(tǒng)既節(jié)能降耗又利國利民。

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